PROFIsafe安全總線及其在倫茨公司9400系列伺服控制系統(tǒng)上的應(yīng)用
隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，同時經(jīng)常又有重大安全事故的報道（例如，去年、前年的重大煤礦安全事故），安全的概念越來越得到人們的重視，安全包括人員的安全和設(shè)備的安全。對于自動化控制裝置，也提出了新的安全概念和出現(xiàn)了新的安全產(chǎn)品，例如，帶安全功能的PLC 和帶安全模板的傳動裝置。下面的兩個圖說明對于安全的傳統(tǒng)解決方案和基于安全集成的傳動系統(tǒng)之間的差別。
對于傳統(tǒng)的安全解決方案，是使用繼電器、安全保護開關(guān)、漏電流和離散的故障檢測設(shè)備來完成所需要的安全保護功能。用這種方法，需要很多外接線，這本身又增加了不安全因素，另外，一些附加的功能，需要用附加的外部設(shè)備（例如速度監(jiān)視、時間繼電器等）來實現(xiàn)。而基于安全集成概念的新裝置，它可以不需要使用外部主回路接觸器和電動機接觸器來斷開電動機（安全斷開扭矩），以及通過釋放能量的辦法進行保護，一方面降低了成本，并改善了電磁兼容性EMC，另外的優(yōu)點是占用空間少，減少安裝成本，方便診斷，容易理解，能快速關(guān)斷電動機和快速再啟動電動機，還能用多種方法來恢復裝備。
德國倫茨（Lenze）公司最近推出了新一代伺服控制系統(tǒng)9400系列。該系列控制器，配置有安全模板，
具有集成安全的功能。
圖2是倫茨公司9400伺服控制系統(tǒng)的正面配置圖，從圖的右下方，可以看到有一個用于安全工程的模塊插槽。
下面我們以SM301模板為例，說明它的結(jié)構(gòu)和所具有的安全功能。圖3是SM301模板的外形圖和所具有的安全功能。
在這里我們還要對安全功能的概念作一點解釋：
STO （Safe torque off）：安全斷開扭矩
根據(jù)EN 954標準第1部分和第2部分控制等級3的要求，“安全斷開扭矩”的安全功能是“防止不希望發(fā)生的啟動”。為此目的，提供兩個獨立的安全路徑，一是使從微處理控制器到逆變器的脈沖變得無效（控制器禁止），二是使提供功率級驅(qū)動“光偶”上的電壓斷開，亦即，微處理控制器系統(tǒng)的脈沖再也無法通過逆變器（脈沖禁止），這些輸出信號被確認附加上時，就達到了控制等級3。圖4說明了實現(xiàn)安全斷開扭矩的方法。
按照EN 60204-1的定義，由機械的功能要求和危險性評估，指出停機等級分為0級，1級和/或2級。0級和1級停機的實施與操作方式無關(guān)，0級停機優(yōu)先于1級停機。停機功能超越于有關(guān)的啟動功能。0級停機是由立即斷開機械驅(qū)動裝置上的電源實施停機，它是不控制的停機，不控制停機的含義是，例如：斷開機械驅(qū)動裝置上的電源使機械運動停止，激活所有的制動器和/或其它的機械停止裝置。
SS1 （Safe stop 1）：1級安全停機
1級安全停機是控制停機，在機械驅(qū)動裝置仍然供電的情況下實現(xiàn)停機，當停機完成后再斷開電源。控制停機的含義是機械運動的停止是通過，例如，降低電命令信號到零來實現(xiàn)的，只要停止信號已經(jīng)被控制器確認，在停機過程中仍然維持機械驅(qū)動裝置的供電，直至停機過程結(jié)束，再斷開電源。
SS2 （Safe stop 2）：2級安全停機
2級安全停機類同于1級安全停機，差別只是2級安全停機，在停機后仍然維持機械驅(qū)動裝置的供電，因此能快速實現(xiàn)再啟動。
倫茨公司提供有工程組態(tài)軟件，可以對安全模板和安全功能進行項目組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。
PROFIsafe安全總線及由安全PLC對9400伺服控制系統(tǒng)進行控制和實現(xiàn)安全功能
PROFIsafe行規(guī)是Profibus-DP通信協(xié)議應(yīng)用層的一個行規(guī)，因此，其通信物理層和數(shù)據(jù)鏈路層仍然沿用Profibus-DP的標準，只是將安全數(shù)據(jù)和非安全數(shù)據(jù)進行了分隔，非安全數(shù)據(jù)的的傳輸是按標準的Profibus-DP進行。為了進行安全數(shù)據(jù)的傳送，安全模板有自己的PROFIsafe節(jié)點地址，這一地址和標準Profibus的節(jié)點地址是不相同的，可以通過模板上DIP開關(guān)來設(shè)置PROFIsafe節(jié)點地址（地址從1…1024）也可以用“Engineer”軟件通過代碼C13897或C14897進行設(shè)置。圖6是通過PROFIBUS-DP總線實現(xiàn)PROFIsafe的數(shù)據(jù)通信示意圖。
對于傳統(tǒng)的安全解決方案，是使用繼電器、安全保護開關(guān)、漏電流和離散的故障檢測設(shè)備來完成所需要的安全保護功能。用這種方法，需要很多外接線，這本身又增加了不安全因素，另外，一些附加的功能，需要用附加的外部設(shè)備（例如速度監(jiān)視、時間繼電器等）來實現(xiàn)。而基于安全集成概念的新裝置，它可以不需要使用外部主回路接觸器和電動機接觸器來斷開電動機（安全斷開扭矩），以及通過釋放能量的辦法進行保護，一方面降低了成本，并改善了電磁兼容性EMC，另外的優(yōu)點是占用空間少，減少安裝成本，方便診斷，容易理解，能快速關(guān)斷電動機和快速再啟動電動機，還能用多種方法來恢復裝備。
德國倫茨（Lenze）公司最近推出了新一代伺服控制系統(tǒng)9400系列。該系列控制器，配置有安全模板，
圖2是倫茨公司9400伺服控制系統(tǒng)的正面配置圖，從圖的右下方，可以看到有一個用于安全工程的模塊插槽。
圖1 關(guān)于安全的傳統(tǒng)解決方案和基于安全集成傳動裝置的差別
圖2 倫茨公司9400 伺服控制系統(tǒng)的正面配置圖
圖3 SM301 安全模板的外形圖和所具有的安全功能
下面我們以SM301模板為例，說明它的結(jié)構(gòu)和所具有的安全功能。圖3是SM301模板的外形圖和所具有的安全功能。
在這里我們還要對安全功能的概念作一點解釋：
STO （Safe torque off）：安全斷開扭矩
根據(jù)EN 954標準第1部分和第2部分控制等級3的要求，“安全斷開扭矩”的安全功能是“防止不希望發(fā)生的啟動”。為此目的，提供兩個獨立的安全路徑，一是使從微處理控制器到逆變器的脈沖變得無效（控制器禁止），二是使提供功率級驅(qū)動“光偶”上的電壓斷開，亦即，微處理控制器系統(tǒng)的脈沖再也無法通過逆變器（脈沖禁止），這些輸出信號被確認附加上時，就達到了控制等級3。圖4說明了實現(xiàn)安全斷開扭矩的方法。
圖4 實現(xiàn)安全斷開扭矩的方法：控制器禁
止（禁止使能）和脈沖禁止
圖5 SM301 安全模板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
圖6 通過Profibus-DP 總線實現(xiàn)PROFIsafe 的數(shù)據(jù)通信
按照EN 60204-1的定義，由機械的功能要求和危險性評估，指出停機等級分為0級，1級和/或2級。0級和1級停機的實施與操作方式無關(guān)，0級停機優(yōu)先于1級停機。停機功能超越于有關(guān)的啟動功能。0級停機是由立即斷開機械驅(qū)動裝置上的電源實施停機，它是不控制的停機，不控制停機的含義是，例如：斷開機械驅(qū)動裝置上的電源使機械運動停止，激活所有的制動器和/或其它的機械停止裝置。
SS1 （Safe stop 1）：1級安全停機
1級安全停機是控制停機，在機械驅(qū)動裝置仍然供電的情況下實現(xiàn)停機，當停機完成后再斷開電源。控制停機的含義是機械運動的停止是通過，例如，降低電命令信號到零來實現(xiàn)的，只要停止信號已經(jīng)被控制器確認，在停機過程中仍然維持機械驅(qū)動裝置的供電，直至停機過程結(jié)束，再斷開電源。
SS2 （Safe stop 2）：2級安全停機
2級安全停機類同于1級安全停機，差別只是2級安全停機，在停機后仍然維持機械驅(qū)動裝置的供電，因此能快速實現(xiàn)再啟動。
倫茨公司提供有工程組態(tài)軟件，可以對安全模板和安全功能進行項目組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。
PROFIsafe安全總線及由安全PLC對9400伺服控制系統(tǒng)進行控制和實現(xiàn)安全功能
PROFIsafe行規(guī)是Profibus-DP通信協(xié)議應(yīng)用層的一個行規(guī)，因此，其通信物理層和數(shù)據(jù)鏈路層仍然沿用Profibus-DP的標準，只是將安全數(shù)據(jù)和非安全數(shù)據(jù)進行了分隔，非安全數(shù)據(jù)的的傳輸是按標準的Profibus-DP進行。為了進行安全數(shù)據(jù)的傳送，安全模板有自己的PROFIsafe節(jié)點地址，這一地址和標準Profibus的節(jié)點地址是不相同的，可以通過模板上DIP開關(guān)來設(shè)置PROFIsafe節(jié)點地址（地址從1…1024）也可以用“Engineer”軟件通過代碼C13897或C14897進行設(shè)置。圖6是通過PROFIBUS-DP總線實現(xiàn)PROFIsafe的數(shù)據(jù)通信示意圖。
圖7 Profibus 的標準報文結(jié)構(gòu)
圖8 Profibus 數(shù)據(jù)報文的劃分
圖9 槽1 部分數(shù)據(jù)的細分
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